多功能数字钟的设计.docx
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多功能数字钟的设计
电子技术课程设计
题目名称：
多功能数字钟的设计
班级：
自动化1
学号：
20110
姓名：
指导教师：
日期：
二○一三年六月二十三日
多功能数字钟的设计
内容摘要：
数字钟是一个将“ 时”，“分”，“秒”显示于人的视觉器官的计时装置。
它的计时周期为24小时，显示满刻度为23时59分59秒。
一个基本的数字钟电路主要由秒信号发生器、“时、分、秒、”计数器、译码器及显示器组成。
由于采用纯数字硬件设计制作，与传统的机械表相比，它具有走时准，显示直观，无机械传动装置等特点。
本设计中的数字时钟采用数字电路实现对“时”、“分”、“秒”的显示和调整。
通过采用各种集成数字芯片搭建电路来实现相应的功能。
具体用到了555震荡器，74LS162及与非，异或等门集成芯片等。
该电路具有计时和校时的功能。
在对整个模块进行分析和画出总体电路图后，对各模块进行仿真并记录仿真所观察到的结果。
实验证明该设计电路基本上能够大致符合设计要求！
关键词：
振荡器、计数器、译码显示器、数码管
一．设计任务和要求
1、设计任务
设计一个多功能的数字钟。
2、要求
a．以数字形式显示时、分、秒的时间。
b．小时的计时要求为24进制，分钟和秒的计时要求为60进制。
c．能手动快速校时、校分。
d．具有整点报时功能。
e.具有秒表计数功能。
f.具有闹钟功能。
g.电路中所需的直流电源需自行设计。
二．整体设计原理及框图
1、设计原理
由下图可以看出，振荡器产生的信号经过分频器作为产生秒脉冲，秒脉冲送入计数器，计数结果经过“时”、“分”、“秒”，译码器，显示器显示时间。
其中振荡器和分频器组成标准秒脉冲信号发生器，由不同进制的计数器，译码器和显示电路组成计时系统。
秒信号送入计数器进行计数，把累计的结果以“时”，“分”、“秒”的数字显示出来。
“时”显示由二十四进制计数器，译码器，显示器构成；“分”、“秒”显示分别由六十进制的计数器，译码器，显示器构成；校时电路实现对时，分的校准。
数字时钟基本原理的逻辑框图如下所示：
2、框图
三．各模块设计原理
1、电源电路
电路中要有5v的电源供电，所以要有5v的直流稳压电源，这里是将220v、50Hz的家庭用电转换成5v的直流稳压电源。
2、振荡器
秒发生电路---振荡器是计时器的核心，振荡器的稳定度和频率的精确度决定了计时器的准确度。
一般来说，振荡器的频率越高，计时精度就越高，但耗电量将越大。
所以，在设计电路时要根据需要而设计出最佳电路。
在本设计中，采用的是精度不高的，由集成电路555与RC组成的多谐振荡器。
其具体电路如下图所示；接通电源后，电容C1被充电，vC上升，当vC上升到大于2/3VCC时，触发器被复位，放电管T导通，此时v0为低电平，电容C1通过R2和T放电，使vC下降。
当vC下降到小于1/3VCC时，触发器被置位，v0翻转为高电平。
电容器C1放电结束,所需的时间为 ：
当C1放电结束时，T截止，VCC将通过R1、R2向电容器C1充电，vC由1/3VCC上升到2/3VCC所需的时为：
当vC上升到2/3VCC时，触发器又被复位发生翻转，如此周而复始，在输出端就得到一个周期性的方波，其频率为
。
本设计中，由电路图和f的公式可以算出，微调R3=60k左右，其输出的频率为f=1000Hz.
3、分频器
分频器的功能主要有两个：
一个是产生标准秒脉冲信号；二是提供功能扩展电路所需要的信号，如仿电台报时用的1000Hz的高音频信号和500Hz的低音频信号等。
本设计中，由于振荡器产生的信号频率太高，要得到标准的秒信号，就需要对所得的信号进行分频。
这里所采用的分频电路是由3个总规模计数器74LS90来构成的3级1/10分频。
由振荡器的1000Hz高频信号从U1的14端输入，经过3片74LS90的三级1/10分频，就能从U3的11端输出得到标准的秒脉冲信号。
相应的如果输入的是100KHz时，就需要5片进行5级分频，电路图画法和下图一样，同理依次类推。
4、二十四进制计数器与六十进制计数器
“秒”计数器电路与“分”计数器电路都是六十进制，它由一级十进制计数器和一级六进制计数器连接构成，如图所示，是采用两片中规模集成电路74LS162串接起来构成的“秒”，“分”计数器。
注：
图太大了，显示不清楚
5、校时电路
当刚接通电源或计时出现误时，都需要对时间进行校正。
校正电路如下
四．电路仿真
由上面介绍的电路各个部分的子电路构成的各个部分的功能，再由开始的数字时钟的系统原理框图，可以清楚的知道了总体的电路情况。
下面结合上面设计出总体电路。
各部分的仿真结果如下：
1.电源部分
2.555产生的波形
3.分频电路输出波形
4.24小时（没有加自己做的频率和电源）
五．设计收获及体会
通过本次设计，使我对已学过的电路、数电、模电等电子技术的知识有了更深一步的了解，锻炼和培养了自己利用已学知识来分析和解决实际问题的能力。
对自己以后的学习和工作有很大的帮助。
刚开始做这个设计的时候感觉自己什么都不知道怎么下手，脑子里比较浮躁和零乱。
但通过一段时间的努力，通过重温数电，模电等电子技术的书籍，还有通过查看相关的设计技术以及一些参考文献，再加之在周围同学的帮助下，使我对自己的设计有了一个大致的模型。
在这一周的设计中，我也发现了自己许多的不足，在开始设计时不能很好的运用已经学过的知识，理论不能和实际相结合。
但是我通过自己的努力，用自己的双手来完成各个环节，不断的在在Internt查看相关资料和期刊文献，在其中也收获了很多新鲜的东西。
这次设计更让我熟悉了一些常用集成逻辑电路和其相应芯片的使用。
虽然，在本设计中所用的方案不是最好的，但我想其中的原理是最基本的；虽然其中可能出现的误差会计较大些，但是是最经济的和实用的
参考文献
[1]陆坤.电子技术设计.电子科技大学出版社.2002.
[2]康华光.电子技术基础模拟部分.第五版.高等教育出版社.2006
[3]康华光.电子技术基础数字部分.第五版.高等教育出版社.2006
[4]吴建国，张彦.数字电子技术.华中科技大学出版社.2010
附录1
RefDes
电路图
区段
区段名称
系列
值
C1
设计1
CAPACITOR
10nF
C2
设计1
CAPACITOR
10nF
R1
设计1
RESISTOR
10kΩ
R2
设计1
RESISTOR
5.1kΩ
R3
设计1
POTENTIOMETER
100kΩKey=A
U1
设计1
74LS
74LS162D
U2
设计1
HEX_DISPLAY
DCD_HEX_GREEN
U3
设计1
74LS
74LS162D
U4
设计1
HEX_DISPLAY
DCD_HEX_GREEN
U5
设计1
74LS
74LS162D
U6
设计1
HEX_DISPLAY
DCD_HEX_GREEN
U7
设计1
74LS
74LS162D
U8
设计1
HEX_DISPLAY
DCD_HEX_GREEN
U9
设计1
74LS
74LS162D
U10
设计1
HEX_DISPLAY
DCD_HEX_GREEN
U11
设计1
74LS
74LS162D
U12
设计1
HEX_DISPLAY
DCD_HEX_GREEN
U13
设计1
A
A
74LS
74LS10D
U14
设计1
RATED_VIRTUAL
555_TIMER_RATED
U15
设计1
74LS
74LS90D
U19
设计1
A
B
74LS
74LS10D
U19
设计1
A
C
74LS
74LS10D
U20
设计1
A
A
74LS
74LS04D
U20
设计1
A
B
74LS
74LS04D
VCC
设计1
POWER_SOURCES
5V
地线
设计1
POWER_SOURCES
地线
设计1
POWER_SOURCES
地线
设计1
POWER_SOURCES
附录2
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